[Technique] Distribution pneumatique moto.

Super les liens de MANETON, sur les études et développements des bielles, coussinets , vilos: bielles creuses on en a déjà parlé dans la rubrique moteurs, coussinets en bronze au silicium, vilos en 32CDV13, au passage l'acier ancestral de choix pour vilos est le EN40B, soit 30CD12, identique à une chtouille de vanadium près, vilos creux, en pièces soudées par friction, excellent pour la distribution homogène de l'huile sur les manetons. Toutes ces technologies interdites par les fédés auto et moto depuis pas mal d'années, si l'on ajoute l'interdiction des pistons ovales , on s'aperçoit que Honda a été particulièrement "favorisé" comme certains le pensent parfois, en mémoire aussi l'alliage très léger pour soupapes: titane /alu. Chasse au gaspi et technologies coûteuses pour faire circuler la manne dans d'autres poches.
Dan

Alors, il s'est calmé ce sujet? en reprenant les calculs de Loi's sur la force nécessaire pour accélérer une soupape est ses "accessoires" embarqués de 50 gr, avec des pistons pneumatiques de dia 22 mm ( extrapolés des dessins Honda et estimations de MANETON) il faut une pression mini finale de 45 bars, c'est beaucoup ! mais serait cohérent avec les valeurs Honda livrées sur le lien Repsol ( 10 à 16 bars dans le circuit), 16 bars étant possiblement réservé pour les purges périodiques.
Les 8 bars annoncés par G. Coulon sur les Yamaha sont soit volontairement erronés, soit Yamaha utilise des pots pneumatiques de plus grand diamètre, car au niveau masse de soupape tout le monde se tient sur de tels moteurs, même si les soupapes sont légèrement plus légères que sur des F1.
Dan

Tu as omis un facteur important, le rapport volumétrique. C'est lui qui va déterminer le rapport  entre pression maxi et pression nominale donc la pression "de service".
La réduction du "volume mort" par rapport au "volume utile" peut être "facilement" obtenue par l'adoption de pistons plats. Pour le seul exemple qu'on connait de Yamaha, c'est bien le cas.


En estimant à la louche les cotes, 5mm pour la queue de soupape, 20mm pour le piston et disons une levée de 11mm, on peut estimer un rapport de 3,2 qui donne un rapport entre pressions de 5,1. Avec 8bar de pression de "service" tu arrives à +/-40bar en pleine ouverture soit 1200N.
Comme Loi's nous l'a expliqué, c'est la conception du système depuis l'effort de rappel déterminé qui va définir la pression de "service". J'imagine néanmoins qu'il y a une fourchette cible pour cette valeur de pression par rapport aux composants constitutifs du circuit et pour ce que j'en connais pour du matériel et des applications non-exotiques, une fourchette 6-20bar semble possible sachant qu'une valeur élevée peu avoir une influence sur la masse des composants (sans parler des risques pour les intervenants et le pilote).

Sinon quelques infos en varc glanées ici où là:

Honda qui fut l'un des derniers à passer au rappel pneumatique confiait (Shinichi Kokubu en 2008) que leur système était très similaire à celui employé sur leur moteur F1 et que l'axe de développement avait été l'élévation du régime maxi (1000tr/mn) et la réduction des frottements.Si l'apport à haut régime s'était immédiatement fait sentir, la gestion des régimes intermédiaires avait été plus délicate.

Chez Aprilia, Mario Manganelli (2015), précisait que les gains de rendement et donc de consommation pouvaient être substantiels à bas et moyens régimes en adaptant la pression et modulant donc la "précharge" des ressorts pneumatiques versus celle invariable des ressorts métalliques. Il nous apprend aussi que les diamètres des jets sont de 0.3-0.5mm mais aussi que les progrès réalisés sur l'étanchéité ont permis de diminuer les encombrements et d'augmenter fiabilité (4000km sans intervention) et autonomie avec une perte moyenne de 0,7-1,2bar au tour sur une reserve de 250bar soit 21-35bar sur une course.

Une étude de feu Gordon P. Blair sur le sujet : [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien]

MANETON a écrit:

on peut estimer un rapport de 3,2 qui donne un rapport entre pressions de 5,1. Avec 8bar de pression de "service" tu arrives à +/-40bar en pleine ouverture soit 1200N.

j ai un peut de mal a suivre, tu peut détailler le calcule s'il te plait.

Depuis le début je suis sceptique sur la pression nominales de 8bar , ont connais le diamètre des soupapes ?

A ce propos, on peut se souvenir que yam a utilisé un moment des culasses a 5 soupapes en série, les trois valves d'admission étant plus légères que deux grosses, ceci explique peut etre cela? (les 8 bars)
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Atch a écrit:

j ai un peut de mal a suivre, tu peut détailler le calcule s'il te plait.

Oui, pour simplifier et ne pas faire la somme de tous les volumes de chaque recoin, j'ai estimé décrété arbitrairement que le volume une fois la soupape ouverte équivalait à 5mm de hauteur libre. Tout ça reste de l'estimation au doigt mouillé. Mais ça montre que même avec un piston plus petit et une pression de "service" plus basse on peut atteindre des valeurs maxi similaires.

S(piston-queue)=2,95cm²
C(course)=11mm  
H(hauteur libre)=5mm
V2 (soupape ouverte)=1,475cm3
Vc (volume généré par la course)=3,245cm3
V1 (soupape fermée) = V2+Vc=4,72cm3
V1/V2=3,2
P2=P1x(V1/V2)^1,4=P1x5,1

Plus simple, pourquoi se compliquer la vie avec des volumes, le rapport volumétrique dépend de la course et de la hauteur totale utile du cylindre, donc nous avons une course utile de 11 mm+ une hauteur libre de 5 mm , total 16 mm.
Rapport volumétrique: 16/5= 3,2 . Pression max de compression= P1x 3,2x1,4=P1x4,48.
Au fait dans cette application, le facteur d'augmentation de pression 1,4 reste stable? du au phénomène compression et détente alterné, ou bien il évolue d'une autre manière?
Dan

Oui, biensur Dan, la simplification fonctionne car j'ai décrété un équivalent 'hauteur de cylindre" pour le volume mort mais ce n'est pas le cas en réalité et comme Atch voulait des détails, il faut bien considérer les volumes.
Ce n'est pas P1x3,2×1,4 mais P1×3,2^1,4 où 1,4= gamma, le rapport des capacités thermiques ( pression/volume) de l'air.

Ah ok j’avais pas compris les 5,1 et 4,48, sont issus du calcule de base

Concernant la pression nominal, si ont essayais de la déterminer a partir des besoins? Je me lance sans trop savoir :
étanchéité de la chambre de combustion via un équilibre minimal des pressions, les facteurs :
- taux de compression
- pic de pression lors de l’explosion.
- résonance pneumatique ( rebond )
- flexion extension de la soupape ( rebond )
- dépression lors de la phase d admission
- vitesse de rappel
j’en vois pas d’autres  
En partant sur la base d’ une soupape de 33mm avec une portée de 1mm soit 1,00cm2 de portée. Avec une pression de 8 bars ont reste assez loin des standards à ressort d’ou mon interrogation. C’est soit très bien dans la mesure où l ont considère que les pressions (gaz/expansion)viennent s’ajouter à la pression statique.  Ou complètement à la ramasse .

Oui, quelles sont les influences des diverses pressions externes sur les soupapes ( positives ou négatives) lors de ses mouvements? c'était une de mes questions plus haut. Cela pourrait influer sur le dimensionnement des "ressorts" de la distribution ( pneumatique ou autre), je pense que seuls des motoristes très spécialisés pourraient nous éclairer sur ce point, le meilleur moyen d'ajuster pile poil les pressions mini et maxi, reste le banc de test sur culasse prototype en général monocylindre. On a vu que les dimension des pièces conditionnent les masses, d'oû les pressions. J'ai comme l'intuition qu'il n'est pas nécessaire d'avoir de très fortes charges sur les soupapes fermées pour assurer l'étanchéité, juste assurer une fermeture nette et franche sans rebond; les distri desmo n'appuient pas fort sur les soupapes fermées.
En tout cas après ces élucubrations de dernières pages, il apparaît très clair que les systèmes ne travaillent pas avec une pression stable et unique, mais au contraire très fortement variable, dans des rapports de 3 à 5 estimés sur des données glanées çà et là , faute de mieux.
Un avis sur le rendement meilleur que les ressorts? une possible force moyenne appliquée sur les cames plus réduite: par exemple de 30 à 150 daN en pneu contre de 70 à 150 daN en ressort: couple moyen plus réduit sur les AAC, sans parler des recherches qui ont porté sur les matériaux, les réductions de friction, traitements...etc qui marchent aussi sur les systèmes ressorts modernes à haut niveau.
Dan

Marc, à l'occaz fais moi penser à améliorer ta culture si tu passes dans le coin, on est jamais trop jeune pour apprendre


Maneton, tu vises assez juste à chaque fois, j'aime bien ton analyse et tes documents.


Sergai, Yamaha a abandonné les 5 soupapes bien avant de passer au rappel pneumatique. J'ai pas tout en tête mais ils n'ont pas dû faire plus de 2 ou 3 saisons avec les moteurs 5 soupapes...


Dan, comme je l'avais mentionné à la page précédente pour faire le lien entre les infos honda f1 et le motogp, les principales différences sont la masse des soupapes (plus petites donc bien plus légères) et le régime max. Avec les valeurs d’accélération dont on parle le moindre gramme a son importance ! Maneton a donné le reste de la réponse.

Je pense qu'on a fais le tour de la question pour les pressions, juste une dernière petite chose qui a été abordé précédemment au sujet du système honda f1 et histoire de foutre un peu la m**de : sur ce système l'orifice unique qui fait communiquer le rail d'alimentation et la chambre pneumatique crée effectivement un reflux vers le rail pendant la compression qui est fonction du diamètre de l'orifice, du taux de compression et de la vitesse de la soupape. Ce reflux a pour conséquence de réduire le taux de compression effectif par rapport au taux géométrique et de modifié la raideur du ressort entre l'ouverture et la fermeture de la soupape ... sans parler de la déviation entre la pression nominale et la pression réel dans la chambre au moment de commencer l'ouverture de la soupape  (voir le document de Gordon P. Blair proposé par Maneton plus haut, fig.29 et 30)


Atch, je suis pas sûr d'avoir bien compris ta réponse ... du coup je vais répondre de nouveau à Dan, qui semble demander quelque chose de similaire ?!

Mais là je crois qu'il faut d'abord une explication sur la nécessité et le "fonctionnement" du ressort de rappel, je vais essayer de faire clair et concis.

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Les valeurs des courbes n'ont rien à voir avec le sujet mais sur ce graph typique il y a tout ce qu'il faut et quelques points caractéristiques bien visibles. Je vous laisse vous débrouiller avec les légendes et les échelles (pas importantes ici) c'est pas bien compliqué.
Bien repérer le zéro, c'est la ligne noir horizontale qui traverse le graph. Pour le ressort de rappel de soupape on ne s’intéresse que à ce qui se passe en dessous du zéro sur la courbe d’accélération. Lorsqu'on connait le régime et les masses en mouvement on peut remplacer la courbe d’accélération par une courbe de force (d'inertie pour la partie négative) qui aura plus ou moins la même forme mais avec des amplitudes variables en fonction du régime. On peut ensuite comparer cette courbe de force avec la courbe "spring decel" qui représente en fait la force appliquée par le ressort et qui est fixe quel que soit le régime pour un ressort donné.
Pour que la soupape ne décolle pas de la came, sa courbe de force en partie négative ne doit JAMAIS passer en dessous de celle de la force du ressort de rappel et idéalement il faut aussi ménager une marge pour palier à l'instabilité de la distribution, cette marge représente l'effort appliqué à la came par la soupape .
C'est la fonction principale pour laquelle le ressort est conçu, ralentir la soupape en fin d'ouverture et l’accélérer dans l'autre sens en début de fermeture, suffisamment pour rester en contact et donc suivre "parfaitement" le profil de came. Lorsque la courbe d’accélération a une valeur positive ça veut dire que l’accélération est générée directement par la came, le ressort n'a plus d'utilité à ce moment là. On comprend bien en observant en même temps la courbe de vitesse.
La précontrainte du ressort sert évidement à garder la soupape sur son siège lorsque la came n'agit pas dessus, mais la plupart du temps sur un moteur atmo et encore plus sur un moteur haute performance la valeur de précontrainte est bien plus élevée que ce qui est nécessaire.

--Début de la réponse à la question de Dan--

Pour que la soupape subisse une force qui l’entraînerai dans un sens ou dans l'autre il faut qu'il y ait un delta de pression entre ses deux faces. Pour l'admission (parce que c'est de ça qu'on parle en réalité, c'est le plus problématique dans le design de la distribution) ce delta existe pendant tout le temps où elle est fermée, la pression dans le cylindre étant bien plus importante que dans le conduit d'admission pour la grande majorité du temps et il peut arrivé que la pression cylindre soit momentanément légèrement plus faible juste avant l'ouverture mais on ne parle pas de plusieurs bars, il y a donc de toute façon de la marge avant de réussir à décoller une soupape de son siège.

Lorsque la soupape d'admission s'ouvre les pressions vont rapidement s'équilibrés, voir la fig.8 dans le document de Gordon P. Blair, je la copie ici pour référence :

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Quoi qu'il en soit c'est le delta entre les deux faces de la soupape qui nous intéresse, et comme elles ne sont jamais très éloignés (sinon c'est mauvais signe ) les pressions sont sensiblement identiques même au milieu du flux gazeux, en tout cas pas suffisamment différentes pour être prises en compte dans les études de "dimensionnement" des ressorts. D'autant plus que la combustion n'est pas forcément stable et les flux peuvent être modifiés par pas mal de facteurs.

Pour en revenir aux courbes du premier graph (levée, vitesse, accel ...), on peut maintenant regarder une autre partie intéressante : en début d'ouverture et en fin de fermeture, lorsque les efforts sont transférés de la came au ressort et vice-versa, soit quand la courbe d’accélération passe par le zéro, on voit que la levée est déjà/encore assez importante et que donc les pressions cylindres/conduit d'admission sont déjà/encore équilibrées. On voit aussi que l’accélération progresse/régresse rapidement entre le zéro et sa valeur mini, une fois passé le point critique (marge minimum, qui ne se trouve donc pas à la levée max, comme bien souvent même si ce graph ne représente pas un profil très agressif) la marge ne fait qu'augmenter, le ressort est donc de toute façon sur-dimensionné pour ces zones.
Ce graph n'est biensur pas à prendre comme référence absolue mais il montre des choses vraiment typiques de ce qu'il se passe, même sur des moteurs haute performances !

Donc en conclusion je dirais que si les soupapes devaient être soumises à des accélérations dû aux delta de pression des gaz dans lesquels elles se déplacent, ça serait à priori assez marginale comparé aux accélérations induites par le profil de came et de toute façon englobé dans la marge de dimensionnement.

Pour rigoler, on pourrait aussi parler des frottements induits par leur déplacement dans les gaz, vu l’aérodynamique que présente une tulipe ...

[Vous devez être inscrit et connecté pour voir cette image] Loi's pour le temps que tu consacres à nous rendre accessibles toutes ces données. C'est beaucoup plus enrichissant que  nos spéculations  habituelles (loin de déductions scientifiques) qui reposent bien souvent sur des infos partielles ou intuitions erronées.
Revers de la médaille,  on va pas te lâcher  !

Tu vois que çà sert à quelque chose de poser des questions, mêmes basiques, merci de ces réponses éclairées Loi's Au passage je fais remarquer que les dimensionnements des pièces qui nous intéressent ne sont pas si différentes entre la F1 d'époque et le moto GP actuel: V10 3L 300cc unitaire contre V4 1L 250cc unitaire.
Dan

Y'a pas de quoi, en fait c'est vous qui faites une  grande partie du boulot avec vos réflexions et recherches, sinon il n'y aurait pas matière à développer.

Dan, on peut faire un volume identique de pleins de façons différentes. Si la cylindrée unitaire n'est pas si éloignée l'alésage lui n'a rien à voir. En motogp il est limité à 81mm alors qu'il était de 97mm sur le v8 honda f1, voir le document 07e de la suite "Third era activities" de honda f1.
C'est une différence énorme, dictée par le régime de puissance cible, qui laisse beaucoup plus de place pour augmenter la taille des soupapes (elle aussi nécessaire à un régime de puissance élevé).

Je peux te garantir (faute de mieux) que les masses mobile qui nous intéressent sont beaucoup plus faibles sur un moteur motogp que les 50g annoncés par honda f1.

Bien sûr!, vite fait sur le gaz, un V10 de 300cc unitaire fait dans les dia 90 x 42 de course. Faute d'avoir une balance de précision, j'ai fait le calcul des masses d'un équipage mobile pneu à partir de pièces existantes: soupape titane dia 30 tige dia. 5 long. 130, coupelle piston pneu alu dia. 26, pratiquement plat, demi basculeur alliage léger avec patins rapportés non magnétiques: titane ou je soupçonne carbure de silicium?, une plume. çà pourrait se rapprocher du motoGP.
Total 41 gr.
Dan

Loi's a écrit:

Sergai, Yamaha a abandonné les 5 soupapes bien avant de passer au rappel pneumatique. J'ai pas tout en tête mais ils n'ont pas dû faire plus de 2 ou 3 saisons avec les moteurs 5 soupapes...

En fait, je le subodorais (savais), mais comme en série cela engendre un surcout de production et qu'en MGP , il n'y a pas ce genre de contraintes, c'était bien tenté, hein?^^
Ce que l'on peut constater en tant qu'observateur , c'est que les moteurs MGP qui ont cassés a cause des soupapes sont bien des yam au mugello 2016 (Lorenzo aux essais, Rossi en course) et les tech3 n'ayant jamais eu ce genre de problèmes (limiteur de régime empéchant le surrégime sur la bosse bien connue en fin de ligne droite) sur la mème période, on peut légitimement penser que la faible pression agissant sur les valves yam les empèche de dépasser le régime de 19000 trs/mns (qui, semble t'il a été suffisant pour provoquer la casse).
La question qui m'intérroge , c'est que les yam essaient d'accroitre la puissance de leur 4 L (voir entrée d'air) afin de lutter contre les V4 honda et ducat': cela passera t'il par une refonte de leur système de distribution (l'augmentation de la pression dans le but d'atteindre des trs/mns supplémentaires me semble pertinente, vu l'observation précédente bien que les confidences de Coulon datent forcément) ou une autre sorte d'adaptation (la masse inertielle modulable, comme sur les V4 semblant un bon début et probablement plus facile a mettre en oeuvre ), moi, je voudrais les deux!!^^
Les premiers essais du "nouveau" moteur yam ne semblant pas concluant pour l'instant, la question est: de quelle marge de maneuvre conceptuelle disposent t'ils vraiment?
De quoi regarder les essais de sépang avec gourmandise...^^

Hello,

Loi's a l'ouverture du sujet  j'ai vérifier que l'ont était pas au petit matin du 25 décembre merci .

Le problème de la question claire est d'orienter la réponse vers une simplification de son contenu, donc je préfère rester vague.
Concernant la pression minimal, j’aurais pu citer l'exemple du rectifieur pratiquant un test d’étanchéité de sièges. Culasse renversée, la soupape juste posé par gravité, le rectifieur considère le siège étanche à 9 <10 bar de dépression dans le conduit. Cette exemple démontre qu'en statique il ne faut pas une pression énorme pour assurer l’étanchéité.  En dynamique cela aurais pu être différent.
Précédemment Dan a relever que l'ouverture des lobes était somme toute banale. Si l'ont considère les lobs center tout aussi banal j'entre voie peut être une coïncidence entre le taux compression effectif et la pression nominal de la distribution pneumatique est ce le cas ?
la question simplifier serait : Quels sont les facteurs définissant la pression nominal du système pneumatique ?

Dan42 a écrit:

les distri desmo n'appuient pas fort sur les soupapes fermées.

j ai chercher a en savoir un peut plus et je suis tomber sur ce lien, surement connus de tous. 4 pages d'histoire que j'ai vraiment pris plaisir a découvrir merci a l'auteur .
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Edit : sergai , ta boule de cristal ont la trouve ou ?

Très sympa ce lien Atch!
Dan

Super ! Les  photos du mono TOYOTA  dont on avait déjà  parlé sont très intéressantes aussi pour l'arrière plan. Pression nominale 12bar, pression max 40bar ( absolu) pour des soupapes  de 42mm à l'admission (je suppose que celle de motogp devraient tourner autour des 35mm).Et ce que je suppose être un comparatif des puissances absorbées  desmo vs pneu 12bar, 12,5bar et 13 bar.

Merci pour cet historique...Historique, Atch !^^
J'ai passé un bon moment !

Atch a écrit:

4 pages d'histoire que j'ai vraiment pris plaisir a découvrir merci a l'auteur .
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bien que vieillot, ce site bien connu des amateurs de la chose est très riche, ne pas hésiter à cliquer sur tous les liens "cachés" ( pour ceux qui ne sont pas à l'aise avec le clic clic de mulot, ce sont tous les mots en rouge).


petit bémol perso sur ce passage en page 3:

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la "norme acceptable" de 0.2mm de jeu à la fermeture n'a, selon moi (je ne suis pas le seul à le penser), été décrétée à la fin des années 90 que pour espacer les révisions au carnet d'entretien afin de s'aligner sur les standards des autres marques.
dans la vraie vie, avec de tels jeux tolérés les gorges des queues de soupape sont matées (au point qu'il faut y aller au chasse sur la queue de soupape pour extraire la pastille de fermeture), les demi lunes sont martelées et les pastilles de fermeture bonnes pour la benne....

je n'ai jamais constaté de défaut de plus de 2 à 3/100eme sur la zone de silence des arbres à cames (c'est surtout là que ça peut coincer).
en dessous de 5/100eme de jeu à la fermeture, je ne touche à rien (à moins que ca coince, ce qui se vérifie et se rectifie facilement), entre 5/100eme et 1/10eme ça dépend de mon humeur du moment (et du stock)...
passé cette valeur, je change systématiquement! (ne vous y trompez pas, je fais partie des tolérants)

bref, à l'ancienne méthode j'ai pu constater moins d'évolution des jeux sur 100000km de mes bien aimées (et du pastillage réutilisable) que sur 25000km de machines suivies par le réseau officiel (qui semble être plus concerné par la vente de strings, casquettes et autres fringues)...

je ne suis pas trop d'accord non plus sur le fait qu'il faut soit disant compenser sur l'ouverture quand ça coince, car quand cela se produit on est sur la zone de silence dans 99% des cas, c'est la fermeture qui force sur sa came pour cause de jeu négatif.
l'ouverture elle, a de toute façon un jeu positif, du moins je n'imagine pas une seule seconde qu'on puisse en arriver à un point où la soupape ne ferme plus!...

Loi's a écrit:

Marc, à l'occaz fais moi penser à améliorer ta culture si tu passes dans le coin, on est jamais trop jeune pour apprendre

Fin février, sans doute...

Salut, Marc, est-ce toi qui est a l'origine de cet article: [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien] ?
Paske , j'ai lu des tonnes de trucs sur la M1 et si je me souviens bien, il n'y a pas de générateur (alternateur)sur le 4 pattes yam, c'est une batterie qui se charge d'exciter les bobines HT de l'allumage (moins de pertes par "frein magnétique"), alors?

l'allègement des masses tournantes est à la fois un ami et un ennemi.
il joue sur la propension d'un moteur à prendre ses tours rapidement, mais à force de grignoter il peut aussi jouer sur sa capacité à ne pas pouvoir les prendre, parce que l'inertie n'est pas qu'un ennemi sur un cycle quatre temps... affaire de compromis.
extérioriser ces masses n'a aucun intéret (je pense) mécanique, sinon de rendre modifiable quelque chose d'externe qui serait figé s'il était interne au moteur pour une question de règlement.

D'ou l'intéret de pouvoir ajuster...Mais on file vers le HS...Le sujet , c'est les valves pneumatiques et je m'excuse de la digression...